(57)【要約】  従来の半導体デバイス貫通電極用のガラス基板に比べて、より良好な強度を有するガラス基板を提供する。本発明は、第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通孔を有する、半導体デバイス貫通電極用のガラス基板であって、前記第１および第２の表面の少なくとも一方は、化学強化されていることを特徴とするガラス基板に関する。
2011132600.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通孔を有する、半導体デバイス貫通電極用のガラス基板であって、
前記第１および第２の表面の少なくとも一方は、化学強化されていることを特徴とする半導体デバイス貫通電極用のガラス基板。
【請求項２】
厚さが０．０１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項１に記載のガラス基板。
【請求項３】
前記化学強化された表面における化学強化層の厚さは、１μｍ〜３０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１または２に記載のガラス基板。
【請求項４】
表面圧縮応力は、５００ＭＰａ以上であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一つに記載のガラス基板。
【請求項５】
ＳｉＯ２を５５ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲で含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一つに記載のガラス基板。
【請求項６】
前記貫通孔の前記第１の表面における孔密度は、０．１個／ｍｍ２〜１０，０００個／ｍｍ２の範囲であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一つに記載のガラス基板。
【請求項７】
前記貫通孔は、０．１゜〜２０゜のテーパ角を有するテーパ形状を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一つに記載のガラス基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイス貫通電極用のガラス基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
高密度実装化に伴うプリント回路基板の高密度化の要求に応えるため、複数のプリント回路基板を積層した多層プリント回路基板が開発されている。このような多層回路基板では、樹脂製の絶縁層にビアホールと呼ばれる直径１００μｍ以下程度の微細な貫通孔を形成し、この内部にメッキを施して、上下に積層されたプリント回路基板間の導電層同士を電気的に接続する。【０００３】
このような貫通孔をより容易に形成する方法として、特許文献１、２には、多数の貫通開口が形成されたマスクを介して、絶縁層にレーザ光を照射する方法が記載されている。この方法によれば、樹脂製の絶縁層に複数の貫通孔を同時に空けることができるので、貫通孔（ビアホール）をより容易に形成することができる。また、非特許文献１には、このような絶縁層として、複数の貫通孔を有するガラス基板が使用され得ることが記載されている。【０００４】
一方、半導体デバイスの小型化、高速化、低消費電力化の要求がより一層高まる中、複数のＬＳＩからなるシステムを１つのパッケージに収める、システムインパッケージ（ＳｉＰ）技術と３次元実装技術を組み合わせた３次元ＳｉＰ技術の開発も進められている。この場合、ワイヤボンディング技術では、微細なピッチに対応することができないため、貫通電極を用いたインターポーザと呼ばれる中継基板が必要となる。このような中継基板用の材料として、ガラス基板を使用することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００５−８８０４５号公報
【特許文献２】日本国特開２００２−１２６８８６号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ＪＰＣＡ  ＮＥＷＳ、ｐ１６−ｐ２５  ２００９年１０月
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のように、半導体デバイス貫通電極用の基板材料として、ガラス基板を使用することが考えられる。【０００８】
しかしながら、そのような半導体デバイス貫通電極用のガラス基板では、該ガラス基板表面の、貫通孔の開口の外周部（すなわち、貫通孔と非開口部の界面）で、ワレやクラックが生じやすいという問題が生じ得る。例えば、半導体デバイス貫通電極用のガラス基板は、小さな曲げ応力を受けただけでも、この外周部を起点としてクラックが生じ、比較的容易に破損してしまうおそれがある。【０００９】
特に、半導体デバイスに対するさらなる微細化の要請のため、半導体デバイス貫通電極用のガラス基板における貫通孔の孔密度は、将来さらに増加するものと思われる。このような傾向が続くと、ガラス基板の強度がよりいっそう低下し、そのため、前述のような貫通孔の外周部でのワレの発生の問題は、より顕著になるおそれがある。【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、本発明では、従来の半導体デバイス貫通電極用のガラス基板に比べて、より良好な強度を有するガラス基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、以下の半導体デバイス貫通電極用のガラス基板を提供する。
（１）第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通孔を有する、半導体デバイス貫通電極用のガラス基板であって、
前記第１および第２の表面の少なくとも一方は、化学強化されていることを特徴とする半導体デバイス貫通電極用のガラス基板。
（２）厚さが０．０１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にあることを特徴とする（１）に記載のガラス基板。
（３）前記化学強化された表面における化学強化層の厚さは、１μｍ〜３０μｍの範囲であることを特徴とする（１）または（２）に記載のガラス基板。
（４）表面圧縮応力は、５００ＭＰａ以上であることを特徴とする（１）乃至（３）のいずれか一つに記載のガラス基板。
（５）ＳｉＯ２の含有量が５５ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲であることを特徴とする（１）乃至（４）のいずれか一つに記載のガラス基板。
（６）前記貫通孔の前記第１の表面における孔密度は、０．１個／ｍｍ２〜１０，０００個／ｍｍ２の範囲であることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれか一つに記載のガラス基板。
（７）前記貫通孔は、０．１゜〜２０゜のテーパ角を有するテーパ形状を有することを特徴とする（１）乃至（６）のいずれか一つに記載のガラス基板。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、従来の半導体デバイス貫通電極用のガラス基板に比べて、より良好な強度を有するガラス基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】従来のガラス基板の断面図を概略的に示した図である。
【図２】本発明のガラス基板の断面図の一例を概略的に示した図である。
【図３】本発明の別のガラス基板の拡大断面図である。
【図４】本発明の製造方法に使用される製造装置の一構成を概略的に示した図である。
【図５】本発明の製造方法のフローを概略的に示した図である。
【図６】実施例において使用したマスク４３０の構成を概略的に示した上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面により本発明について説明する。
【００１５】
本発明の特徴をより良く理解するため、まず、従来の半導体デバイス貫通電極用のガラス基板の構成について、簡単に説明する。
【００１６】
図１には、従来の半導体デバイス貫通電極用のガラス基板の断面図を示す。
【００１７】
図１に示すように、従来の半導体デバイス貫通電極用のガラス基板１は、第１の表面１ａと、第２の表面１ｂとを有する。また、ガラス基板１は、貫通孔５を有する。この貫通孔５は、ガラス基板１の第１の表面１ａから、第２の表面１ｂまで貫通している。
【００１８】
通常の場合、貫通孔５には、導電性物質が充填され、この導電性物質は、例えば、ガラス基板１の上下に設置された半導体デバイスや素子用の電極として使用される。また、ガラス基板１は、半導体デバイス同士間を絶縁する役割を有する。
【００１９】
従って、ガラス基板１は、半導体デバイス貫通電極用の基板として使用することができる。
【００２０】
しかしながら、このような半導体デバイス貫通電極用のガラス基板１では、該ガラス基板１の表面１ａ、１ｂの、貫通孔５の開口の外周部（すなわち、貫通孔と非開口部の界面：図１の丸印Ｒの部分）で、ワレやクラックが生じやすいという問題がある。例えば、半導体デバイス貫通電極用のガラス基板１は、小さな曲げ応力を受けただけでも、この開口の外周部を起点としてクラックが生じ、比較的容易に破損してしまう。
【００２１】
特に、半導体デバイスに対するさらなる微細化の要望ため、半導体デバイス貫通電極用のガラス基板における貫通孔の孔密度は、今後さらに増加する傾向にある。このような傾向が続くと、ガラス基板の強度がよりいっそう低下し、前述のような貫通孔の開口の外周部でのワレの発生の問題は、より顕著になるおそれがある。
【００２２】
これに対して、本発明による半導体デバイス貫通電極用のガラス基板（以下、単に「本発明のガラス基板」とも称する）は、第１の表面と第２の表面とを有し、前記第１の表面から前記第２の表面まで延在する貫通孔を有し、前記第１および第２の表面の少なくとも一方は、化学強化されていることを特徴とする。
【００２３】
なお、本願において、「化学強化」という用語は、ガラス基板の表面において、該ガラス基板の表面を構成するアルカリ金属を、より原子番号の大きな別のアルカリ金属とイオン交換させることにより、ガラス基板の表面に圧縮応力を付与する技術の総称を意味することに留意する。
【００２４】
このような特徴を有する本発明のガラス基板では、化学強化された表面に、圧縮応力が付与されるようになるため、従来のガラス基板に比べて、前述の貫通孔５の開口の外周部Ｒにおける強度が向上する。従って、本発明では、前述のようなワレやクラックの問題が抑制または軽減され、従来のガラス基板よりも高い強度を有するガラス基板を得ることができる。
【００２５】
以下、図面を参照して、本発明のガラス基板の構成について、より詳しく説明する。
【００２６】
図２には、本発明によるガラス基板の断面図の一例を概略的に示す。
【００２７】
図２に示すように、本発明によるガラス基板１００は、第１の表面１１０ａと、第２の表面１１０ｂとを有する。また、ガラス基板１００は、貫通孔１５０を有する。この貫通孔１５０は、ガラス基板１００の第１の表面１１０ａに設けられた第１の開口１８０ａから、第２の表面１１０ｂに設けられた第２の開口１８０ｂまで貫通している。
【００２８】
ここで、本発明によるガラス基板１００において、第１の表面１１０ａおよび／または第２の表面１１０ｂは、ガラス基板１００を化学強化処理することにより形成された、化学強化層１１５ａおよび／または１１５ｂを有するという特徴を有する。
【００２９】
これにより、ガラス基板１００の表面の、貫通孔１５０の開口１８０ａ、１８０ｂの外周部（図１のＲ部参照）の強度が向上する。従って、本発明では、小さな応力負荷によって、貫通孔１５０の開口１８０ａ、１８０ｂの外周部において、ワレやクラックが生じるという問題を有意に抑制することができる。
【００３０】
化学強化層１１５ａ、１１５ｂの厚さは、これに限られるものではないが、例えば、1μｍ〜３０μｍの範囲であり、好ましくは、５μｍ〜２５μｍの範囲である。通常の化学強化処理では、大きな表面圧縮応力を付与するために、化学強化層を深くすることが要求されるが、図２に示すような貫通孔が複数形成される板厚の薄いガラス基板においては、化学強化処理を深くまで行うと、ガラス全体がイオン交換されてしまう。その場合、表面圧縮応力は、大きくならないため、化学強化層１１５ａ、１１５ｂは、深すぎないことが好ましい。また、化学強化層１１５ａ、１１５ｂが厚くなりすぎると、内部の引張応力が大きくなりすぎることから、ガラス基板１００の脆性が低下するおそれがある。また、逆に薄すぎると、十分に化学強化処理の効果が得られない場合がある。
【００３１】
また、本発明のガラス基板１００は、化学強化処理した表面（１１０ａおよび／または１１０ｂ）における表面圧縮応力が５００ＭＰａ以上、特に６５０ＭＰａ以上であることが好ましい。表面圧縮応力が５００ＭＰａ未満の場合、十分な化学強化処理の効果が得られない場合がある。
【００３２】
なお、ガラス基板の表面圧縮応力および化学強化層の厚さは、例えば、折原製作所社製表面応力計ＦＳＭ−６０００などの表面応力計により、容易に測定することができる。
【００３３】
本発明のガラス基板１００は、通常の場合、厚さが０．０１ｍｍ〜５ｍｍの範囲にある。ガラス基板の厚さが５ｍｍよりも厚くなると、貫通孔の形成に時間がかかり、また０．０１ｍｍ未満になると、加工の際にワレなどの問題が生じるようになるからである。本発明のガラス基板１００の厚さは、０．０２〜３ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜１ｍｍであることがさらに好ましい。特に、本発明のガラス基板１００の厚さは、０．０５ｍｍ以上０．４ｍｍ以下であることが特に好ましい。
【００３４】
本発明のガラス基板１００は、４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含む。ＳｉＯ２含有量は、例えば、５５ｗｔ％〜７５ｗｔ％の範囲であっても良い。ＳｉＯ２含有量がこれより多くなると、貫通孔の形成の際に、ガラス基板の裏面に、クラックが発生する可能性が高くなる。その他の成分については特に限定されず、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｎａ２Ｏ、Ｋ２Ｏ、ＺｒＯ２等を任意の量で、任意に組み合わせたものを使用することができる。
【００３５】
本発明のガラス基板１００は、複数の貫通孔１５０を有する。各貫通孔１５０は、円形であっても良い。この場合、貫通孔１５０の直径は、本発明のガラス基板１００の用途によっても異なるが、一般的には、５μｍ〜５００μｍの範囲にあることが好ましい。貫通孔１５０の直径は、本発明のガラス基板１００を、上記のような多層回路基板の絶縁層として用いる場合、貫通孔の直径は、０．０１ｍｍ〜０．２ｍｍであることがより好ましく、０．０２ｍｍ〜０．１ｍｍであることがさらに好ましい。また、ウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）技術を適用し、本発明のガラス基板１００をウェハ上に積層して、圧力センサ等に用いるＩＣチップを形成することができる。この場合における空気を取り入れるための貫通孔１５０の直径は、０．１〜０．５ｍｍであることがより好ましく、０．２〜０．４ｍｍであることがさらに好ましい。さらにこの場合、空気孔とは別の電極取り出し用の貫通孔１５０の直径は、０．０１〜０．２ｍｍであることがより好ましく、０．０２〜０．１ｍｍであることがさらに好ましい。特に、本発明のガラス基板１００をインターポーザなどの貫通電極用基板として用いる場合には、貫通孔１５０の直径は、０．００５〜０．０７５ｍｍであることがより好ましく、０．０１〜０．０５ｍｍであることがさらに好ましい。
【００３６】
なお、後述するように、本発明のガラス基板１００において、上記円形の貫通孔１５０の第１の開口１８０ａの直径と、第２の開口１８０ｂの直径とは、異なる場合がある。この場合、「貫通孔１５０の直径」とは、両開口１８０ａ、１８０ｂのうちの大きい方の直径を意味するものとする。
【００３７】
大きいほうの直径（ｄｌ）と、小さいほうの直径（ｄｓ）の比（ｄｓ／ｄｌ）は、０．２〜０．９９であることが好ましく、０．５〜０．９０であることがより好ましい。
【００３８】
本発明のガラス基板１００において、貫通孔１５０の数密度は、本発明のガラス基板１００の用途によっても異なるが、一般的には０．１個／ｍｍ２〜１０，０００個／ｍｍ２の範囲である。本発明のガラス基板１００を、上記に説明したような多層回路基板の絶縁層として用いる場合、貫通孔１５０の数密度は、３個／ｍｍ２〜１０，０００個／ｍｍ２の範囲であることが好ましく、２５個／ｍｍ２〜１００個／ｍｍ２の範囲であることがより好ましい。また、ウェハレベルパッケージ（ＷＬＰ）技術を適用し、本発明のガラス基板１００をウェハ上に積層して、圧力センサ等に用いるＩＣチップを形成する場合、貫通孔１５０の数密度は、１個／ｍｍ２〜２５個／ｍｍ２であることが好ましく、２個／ｍｍ２〜１０個／ｍｍ２の範囲であることがより好ましい。本発明のガラス基板１００をインターポーザなどの貫通電極用の基板として用いる場合には、貫通孔１５０の数密度は、０．１個／ｍｍ２〜１，０００個／ｍｍ２であることがより好ましく、０．５個／ｍｍ２〜５００個／ｍｍ２であることがさらに好ましい。
【００３９】
本発明のガラス基板１００は、エキシマレーザ光の波長に対する吸収係数が、３ｃｍ−１以上であることが好ましい。この場合、貫通孔１５０の形成がより容易となる。より効果的にエキシマレーザ光を吸収させるためには、ガラス基板１００中の鉄（Ｆｅ）の含有率は、２０質量ｐｐｍ以上であることが好ましく、０．０１質量％以上であることがより好ましく、０．０３質量％以上であることがさらに好ましく、０．０５質量％以上であることが特に好ましい。一方、Ｆｅの含有率が多い場合は、着色が強くなり、レーザ加工時の位置あわせが難しくなるという問題がある。Ｆｅの含有率は０．２質量％以下であることが好ましく、０．１質量％以下であることがより好ましい。
【００４０】
なお、本発明のガラス基板において、貫通孔の断面積は、第１の開口から第２の開口に向かって、単調に減少していても良い。この特徴について、図３を用いて説明する。
【００４１】
図３には、本発明における別のガラス基板の断面図の一例を示す。
【００４２】
図３に示すように、このガラス基板２００は、第１の表面２１０ａと、第２の表面２１０ｂとを有する。また、ガラス基板２００は、貫通孔２５０を有する。この貫通孔２５０は、ガラス基板２００の第１の表面２１０ａに設けられた第１の開口２８０ａから、第２の表面２１０ｂに設けられた第２の開口２８０ｂまで貫通している。なお、図３では、明確化のため、化学強化層が省略されていることに留意する必要がある。
【００４３】
貫通孔２５０の第１の開口２８０ａでの直径は、Ｌ１であり、第２の開口２８０ｂでの直径は、Ｌ２である。
【００４４】
ここで、前述の図２における貫通項１５０とは異なり、貫通孔２５０は、「テーパ角」αを有する。ここで、テーパ角αとは、ガラス基板２００の第１の表面２１０ａ（および第２の表面２１０ｂ）の法線（図の点線）と、貫通孔２５０の壁面２７０とがなす角度を意味する。
【００４５】
なお、図３では、ガラス基板２００の法線と、貫通孔２５０の右側の壁面２７０ａとがなす角度をαとしているが、同図において、ガラス基板２００の法線と貫通孔の左側の面２７０ｂとがなす角も同様にテーパ角αであり、通常は、右側のテーパ角αと左側のテーパ角αとは、ほぼ同じ値を示す。
【００４６】
本発明のガラス基板２００において、テーパ角αは、０．１゜〜２０゜の範囲にあることが好ましい。ガラス基板２００の貫通孔２５０がこのようなテーパ角αを有する場合、ワイヤボンディング処理を行う際に、ガラス基板２００の第１の表面２１０ａ側から貫通孔２５０の内部にまで、ワイヤを、速やかに挿入することが可能となる。また、これにより、ガラス基板２００の上下に積層されたプリント回路基板の導電層同士を、ガラス基板２００の貫通孔２５０を介して、より容易かつ確実に接続することが可能になる。テーパ角αは、特に、０．５゜〜１０゜の範囲であることが好ましい。
【００４７】
後述するように、本発明によるガラス基板の製造方法では、テーパ角αを任意に調整することができる。
【００４８】
なお、本願では、ガラス基板の貫通孔のテーパ角αは、以下のようにして求めることができる：
ガラス基板２００の第１の表面２１０ａ側の開口２８０ａにおける貫通孔２５０の直径Ｌ１を求める；
ガラス基板２００の第２の表面２１０ｂ側の開口２８０ｂにおける貫通孔２５０の直径Ｌ２を求める；
ガラス基板２００の厚さを求める；
貫通孔２５０全体において、テーパ角αは、均一であると仮定して、上記測定値から、テーパ角αが算出される。
【００４９】
本発明のガラス基板は、半導体用デバイス部材用、より詳しくは、多層回路基板の絶縁層、ウェハレベルパッケージ、電極取り出し用の貫通穴、インターポーザなどの用途に好適に用いられる。
【００５０】
（本発明によるガラス基板の製造方法について）
次に、図４を参照して、前述のような特徴を有する本発明のガラス基板の製造方法について、説明する。
【００５１】
図４には、本発明のガラス基板を製造する際に使用される製造装置構成図の一例を示す。
【００５２】
図４に示すように、製造装置４００は、エキシマレーザ光発生装置４１０と、マスク４３０と、ステージ４４０とを備える。エキシマレーザ光発生装置４１０とマスク４３０との間には、複数のミラー４５０〜４５１およびホモジナイザー４６０が配置される。また、マスク４３０とステージ４４０との間には、別のミラー４５２および投影レンズ４７０が配置される。
【００５３】
マスク４３０は、例えば、貫通開口を有する金属板等で構成されても良い。金属板の材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、およびステンレス鋼等が使用される。この場合、マスク４３０に入射されたレーザ光は、貫通開口を介して、放射されることになる。
【００５４】
あるいは、マスク４３０は、例えば、レーザ光に対して透明な基材（透明基材）上に、反射層のパターンが配置された構成を有する。従って、マスク４３０において、透明基材上に反射層が設置されている箇所は、レーザ光を遮断し、反射層が設置されていない箇所は、レーザ光を透過することができる。
【００５５】
ステージ４４０上には、被加工対象となるガラス基板４２０が配置される。ステージ４４０を２次元的に、または３次元的に移動することにより、ガラス基板４２０を任意の位置に移動することができる。
【００５６】
このような製造装置４００の構成において、エキシマレーザ光発生装置４１０から生じたエキシマレーザ光４９０は、第１のミラー４５０、ホモジナイザー４６０および第２のミラー４５１を通り、マスク４３０に入射される。なお、エキシマレーザ光４９０は、ホモジナイザー４６０を通過した際に、均一な強度のレーザ光に調整される。
【００５７】
マスク４３０は、例えば、前述のように、レーザ光に対して透明な基材上に、反射層のパターンを有する。このため、エキシマレーザ光４９０は、反射層のパターン（より詳しくは、反射層の設置されていない部分）に対応したパターンで、マスク４３０から放射される。
【００５８】
その後、マスク４３０を透過したレーザ光４９０は、第３のミラー４５２によって方向調整され、投影レンズ４７０によって縮小投影され、ステージ４４０上に指示されたガラス基板４２０に入射される。このレーザ光４９０によって、ガラス基板４２０に、同時に複数の貫通孔が形成される。
【００５９】
ガラス基板４２０に貫通孔が形成された後、ステージ４４０上でガラス基板４２０を移動させてから、再度、ガラス基板４２０にエキシマレーザ光４９０を照射しても良い。これにより、ガラス基板４２０の表面の所望の部分に、所望の貫通孔を形成することができる。すなわち、本方法では、公知のステップ・アンド・リピート法を適用することができる。
【００６０】
なお、投影レンズ４７０は、ガラス基板４２０の表面の加工領域の全体に、エキシマレーザ光４９０を照射し、貫通孔を一度に形成できるものが好ましい。しかしながら、通常、全貫通孔を一度に形成し得る照射フルエンスを得ることは難しい場合が多い。そこで実際は、マスク４３０を通過したエキシマレーザ光４９０を、投影レンズ４７０によって縮小投影することにより、ガラス基板４２０の表面におけるエキシマレーザ光４９０の照射フルエンスを増加させ、貫通孔を形成するために必要な照射フルエンスを確保する。
【００６１】
投影レンズ４７０での縮小投影を利用することにより、ガラス基板４２０の表面におけるエキシマレーザ光４９０の断面積を、マスク４３０を通過した直後のエキシマレーザ光４９０の断面積に対して、１／１０とすれば、照射フルエンスを１０倍にすることができる。縮小率が１／１０の投影レンズを用い、エキシマレーザ光の断面面積を１／１００とすることにより、ガラス基板４２０の表面におけるエキシマレーザ光の照射フルエンスを、発生装置４１０から発生した直後のエキシマレーザ光の１００倍とすることができる。
【００６２】
図５には、本発明のガラス基板の製造方法のフローの一例を概略的に示す。
【００６３】
図５に示すように、本発明のガラス基板の製造方法は、
（１）ガラス基板を準備するステップ（ステップＳ１１０）と、
（２）前記ガラス基板を、エキシマレーザ光発生装置からのエキシマレーザ光の光路上に配置するステップ（ステップＳ１２０）と、
（３）前記エキシマレーザ光発生装置と、前記ガラス基板との間の前記光路上に、マスクを配置するステップ（ステップＳ１３０）と、
（４）前記エキシマレーザ光発生装置から、前記光路に沿って前記ガラス基板に、前記エキシマレーザ光を照射するステップであって、これにより、前記ガラス基板に前記貫通孔が形成されるステップ（ステップＳ１４０）と、
（５）得られた貫通孔を有するガラス基板を化学強化処理するステップ（ステップＳ１５０）と、
を有する。
【００６４】
以下、各ステップについて説明する。
【００６５】
（ステップＳ１１０）
最初に、ガラス基板が準備される。ガラス基板の好ましい組成等は、前述の通りである。ガラス基板は、４０ｗｔ％以上のＳｉＯ２を含み、ガラス転移温度が４００℃〜７００℃の範囲にあるものが好ましい。また、５０℃〜３５０℃における平均熱膨張係数が２０×１０−７／Ｋ〜１００×１０−７／Ｋの範囲にあるものが好ましい。
【００６６】
（ステップＳ１２０）
次に、前記ガラス基板は、エキシマレーザ光発生装置からのエキシマレーザ光の光路上に配置される。図４に示したように、ガラス基板４２０は、ステージ４４０上に配置されても良い。
【００６７】
エキシマレーザ光発生装置４１０から放射されるエキシマレーザ光４９０としては、発振波長が２５０ｎｍ以下であれば、使用することができる。出力の観点からは、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）、ＡｒＦエキシマレーザ（１９３ｎｍ）、またはＦ２エキシマレーザ（波長１５７ｎｍ）が好ましい。取扱いとガラスの吸収の観点からは、ＡｒＦエキシマレーザがより好ましい。
【００６８】
また、エキシマレーザ光４９０として、パルス幅が短いものを用いた場合、ガラス基板４２０の照射部位における熱拡散距離が短くなり、ガラス基板に対する熱影響を抑えることができる。この観点からは、エキシマレーザ光４９０のパルス幅は、１００ｎｓｅｃ以下であることが好ましく、５０ｎｓｅｃ以下であることがより好ましく、３０ｎｓｅｃ以下であることがさらに好ましい。
【００６９】
また、エキシマレーザ光４９０の照射フルエンスは、１Ｊ／ｃｍ２以上とすることが好ましく、２Ｊ／ｃｍ２以上とすることがより好ましい。エキシマレーザ光４９０の照射フルエンスが低すぎると、アブレーションを誘起することができず、ガラス基板に貫通孔を形成することが難しくなる。一方、エキシマレーザ光４９０の照射フルエンスが２０Ｊ／ｃｍ２を超えると、ガラス基板にクラックや割れが発生し易くなる傾向がある。エキシマレーザ光４９０の照射フルエンスの好適範囲は、使用するエキシマレーザ光４９０の波長域や加工されるガラス基板の種類等によっても異なるが、ＫｒＦエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ）の場合、２〜２０Ｊ／ｃｍ２であることが好ましい。また、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ）の場合、１〜１５Ｊ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００７０】
なお、特に説明がない限り、エキシマレーザ光４９０の照射フルエンスの値は、加工されるガラス基板の表面における値を意味するものとする。また、このような照射フルエンスは、加工面上でエネルギーメータを使用して測定した値を意味するものとする。
【００７１】
（ステップＳ１３０）
次に、前記エキシマレーザ光発生装置４１０と、前記ガラス基板４２０との間に、マスク４３０が配置される。
【００７２】
マスク４３０は、前述のように、例えば、貫通開口を有する金属板等で構成される。金属板の材料としては、例えば、クロム（Ｃｒ）、およびステンレス鋼等が使用される。
【００７３】
あるいは、マスク４３０は、透明基材上に反射層のパターンを形成することにより構成されても良い。透明基材は、レーザ光４９０に対して透明である限り、材質は特に限定されない。透明基材の材質は、例えば、合成石英、溶融石英、パイレックス（登録商標）、ソーダライムガラス、無アルカリガラス、ホウケイ酸ガラス等であっても良い。
【００７４】
一方、反射層は、レーザ光４９０を効率的に遮断する性質を有する限り、材質は特に限定されない。反射層は、例えば、クロム、銀、アルミニウム、および／または金等の金属で構成されても良い。
【００７５】
また、マスク４３０の大きさ、マスク４３０の反射層パターンの形状、配置等は、特に限定されない。
【００７６】
（ステップＳ１４０）
次に、マスク４３０を介して、エキシマレーザ光発生装置４１０からガラス基板４２０に、エキシマレーザ光４９０が照射される。
【００７７】
エキシマレーザ光４９０をガラス基板４２０に照射する際には、エキシマレーザ光の繰り返し周波数と照射時間とを調整することで、ショット数を調整することができる（ショット数＝繰り返し周波数×照射時間）。
【００７８】
照射フルエンス（Ｊ／ｃｍ２）とショット数（回）とガラス基板の厚さ（ｍｍ）との積が、１，０００〜３０，０００となるように、エキシマレーザ光４９０をガラス基板４２０に照射することが好ましい。
【００７９】
この範囲は、ガラス基板４２０の種類や性状（特にガラス転移温度Ｔｇに関連すると推定する）にもよるが、概ね１，０００〜２０，０００であることがより好ましく、２，０００〜１５，０００であることがより好ましく、３，０００〜１０，０００であることがさらに好ましい。照射フルエンスとショット数との積がこのような範囲であると、よりクラックが形成され難いからである。照射フルエンスは１〜２０Ｊ／ｃｍ２であることが好ましい。
【００８０】
また、エキシマレーザ光の照射フルエンスが大きいと、テーパ角αが小さくなる傾向がある。逆に、照射フルエンスが小さいと、テーパ角αは、大きくなる傾向にある。そこで、照射フルエンスを調整することで、所望のテーパ角αの貫通孔を有するガラス基板を得ることができる。テーパ角αは、０．１゜〜２０゜の範囲であっても良い。
【００８１】
なお、通常、半導体回路作製ウェハサイズは、６〜８インチ程度である。また、上記のように投影レンズ４７０によって縮小投影した場合、ガラス基板の表面での加工領域は、通常数ｍｍ角程度となる。従って、ガラス基板４２０の加工希望領域全体にエキシマレーザ光を照射するには、一箇所の加工が終了した後、エキシマレーザ光を移動するか、ガラス基板４２０を移動する必要がある。どちらかといえば、エキシマレーザ光に対してガラス基板４２０を移動させることが好ましい。光学系を駆動する必要がなくなるからである。
【００８２】
また、ガラス基板４２０にエキシマレーザ光を照射すると、デブリ（飛散物）が発生する場合がある。また、このデブリが貫通孔の内部に堆積すると、加工されたガラス基板の品質や加工レートが劣化する場合がある。従って、ガラス基板へのレーザ照射と同時に、吸引もしくは吹き飛ばし処理により、デブリの除去を行っても良い。
【００８３】
（ステップＳ１５０）
次に、得られた貫通孔を有するガラス基板は、化学強化処理される。
【００８４】
化学強化処理の条件は、特に限られない。例えば、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）、または硝酸カリウム（ＫＮＯ３）を主成分とする硝酸塩等のカリウム塩を含む溶融塩中に、ガラス基板を浸漬することにより、化学強化処理を行っても良い。この場合、ガラス基板表面のナトリウム（Ｎａ）および／またはリチウム（Ｌｉ）が、カリウム（Ｋ）とイオン交換され、ガラス基板表面の化学強化が可能となる。
【００８５】
また、処理温度および処理時間は、特に限られない。例えば、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）溶融塩を使用する場合、処理温度は、３５０℃〜５００℃の範囲であっても良い。また、処理時間は、１時間〜１２時間の範囲であっても良い。なお、１μｍ〜３０μｍの範囲の化学強化層を有し、５００ＭＰａ以上の表面圧縮層を形成するためには、処理温度を４００℃〜４５０℃と比較的低くし、処理時間を１〜４時間と比較的短くすることが好ましい。
【００８６】
これにより、ガラス基板の表面に、化学強化層が形成される。化学強化層の厚さは、例えば、１μｍ〜３０μｍの範囲である。
【００８７】
以上の工程により、本発明による半導体デバイス貫通電極形成用のガラス基板を製造することができる。
【実施例】
【００８８】
次に、本発明の実施例について説明する。【００８９】
（例１）
図４に示した製造装置を用いて、以下の手順で、複数の貫通孔を有するガラス基板を製造する。【００９０】
（ガラス基板の製造）
初めに、以下の手順で、板状のガラスを製作する。【００９１】
まず、ＳｉＯ２が７２．８ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３が１．９ｗｔ％、ＭｇＯが３．７ｗｔ％、ＣａＯが８．１ｗｔ％、Ｎａ２Ｏが１３．１ｗｔ％、Ｋ２Ｏが０．３ｗｔ％となるように、原料粉末を１ｋｇ秤量し、混合する。さらに、この原料粉末に、ＳＯ３換算で０．４ｗｔ％となるように、硫酸ナトリウムを添加する。次に、原料粉末を白金るつぼに入れ、１６００℃で３時間保持し、混合粉末を溶融させる。この溶融物を脱泡処理し、均質化させてから、溶融物を型内に流し入れる。その後、型を徐冷して、ガラスサンプルを得る。【００９２】
得られたガラスサンプルは、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚さ０．３ｍｍとなるように切断、研削する。さらに、ガラスサンプルを鏡面加工して、被加工用ガラス基板を得る。【００９３】
このガラス基板の密度は、２．４９ｇ／ｃｍ３であり、ヤング率は、約７３ＧＰａである。また、ガラス基板の５０℃〜３５０℃における平均熱膨張係数は、８８×１０−７／Ｋである。また、ガラス転移温度は、５４０℃であり、歪点は、５２８℃である。【００９４】
密度は、アルキメデス法により、ヤング率は、曲げ共振法により、ガラス転移温度および５０℃〜３５０℃における平均熱膨張係数は、示差熱膨張計（ＴＭＡ）により、歪点は、ＪＩＳ−Ｒ３１０３に基づくファイバーエロンゲーション法により測定する。【００９５】
表１の「例１」の欄には、使用したガラス基板の組成、密度、ヤング率、平均膨張係数、転移温度および歪点をまとめて示す。【００９６】
【表１】
2011132600.tif 000003
次に、図４に示すように、エキシマレーザ光の発生装置４１０を配置する。なお、エキシマレーザ光の発生装置４１０には、ＬＰＸ  Ｐｒｏ  ３０５（コヒレント社製）を用いる。この装置は、最大パルスエネルギー：０．６Ｊ、繰り返し周波数：５０Ｈｚ、パルス幅：２５ｎｓ、発生時ビームサイズ：１０ｍｍ×２４ｍｍ、発振波長：１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザ光を発生できる装置である。【００９７】
次に、図４に示すように、前述の方法で作製したガラス基板４２０を、ステージ４４０上に配置する。【００９８】
次に、エキシマレーザ光の発生装置４１０とガラス基板４２０の間に、マスク４３０を配置する。図６には、使用したマスク４３０の構成を概略的に示す。【００９９】
図６に示すように、使用したマスク４３０は、縦３０ｍｍ×横３０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのステンレス鋼基板４３２の第１の表面４３４の一部に、貫通開口の配列部４３５を有するものである。貫通開口の配列部４３５は、ステンレス鋼基板４３２の第１の表面４３４のほぼ中央の領域に設置する。【０１００】
図６の右側に示すように、貫通開口の配列部４３５は、直径０．４ｍｍの円形の貫通開口４３７が縦横に２次元的に配列された配列パターンを有する。貫通開口４３７は、縦横いずれも０．６ｍｍピッチで、縦に１６個、横に４０個配列する。【０１０１】
貫通開口４３７は、ＡｒＦエキシマレーザ光を透過することができる。これに対して、マスク４３０のその他の領域は、ＡｒＦエキシマレーザ光を反射する。【０１０２】
次に、マスク４３０とガラス基板４２０の間に、投影レンズ４７０を配置する。投影レンズ４７０は、焦点距離が１００ｍｍのレンズであり、光路上におけるマスク４３０との距離が１１００ｍｍ、ガラス基板４２０の加工面（ステージ４４０に接していない方の表面）との距離が１１０ｍｍになるように配置する。この場合、投影レンズ４７０の縮小率は、１／１０となり、１／１０に縮小されたマスクパターンがガラス基板４２０に投影される。すなわち、エキシマレーザ光の発生装置４１０から、１０ｍｍ×２４ｍｍのビームサイズで発生したエキシマレーザ光４９０は、ガラス基板４２０の加工面に到達した時点で、１．０ｍｍ×２．４ｍｍのビームサイズとなるように縮小される（面積比＝１／１００）。【０１０３】
なお、ガラス基板４２０にレーザ加工を実施する前に、ガラス基板４２０の加工面におけるエキシマレーザ光４９０の照射フルエンスをエネルギーメータで測定する。その結果、照射フルエンスは、ビーム伝送系のロス等による減少分と、ビーム縮小による向上分とを併せて、最大１１Ｊ／ｃｍ２程度である。【０１０４】
このような製造装置を用いて、ガラス基板４２０の加工面にエキシマレーザ光４９０を照射する。なお、照射の際には、ガラス基板４２０の加工面での照射フルエンスが７Ｊ／ｃｍ２となるように、レーザ光１９０をアッテネーターで調整する。レーザ光４９０の照射により、ガラス基板４２０には、１６×４０＝６４０箇所の貫通開口が同時に形成される。【０１０５】
次に、ステージを所定量移動させ、その度に、同様の操作を繰り返す。これにより、ガラス基板の中央の縦９．６ｍｍ×横９．６ｍｍの領域に、多数の貫通孔を形成する。なお、貫通孔の密度は、２８９個／ｃｍ２である。【０１０６】
なお、加工後のガラス基板には、外観上、クラックは、認められない。【０１０７】
次に、得られたガラス基板を用いて、第１の表面および第２の表面の両方に、化学強化処理を行う。化学強化処理は、大気下、４００℃の硝酸カリウムの溶融液中に、ガラス基板を４８０分浸漬させることにより実施する。【０１０８】
これにより、例１に係るガラス基板を得る。【０１０９】
（ガラス基板の評価）
次に、得られたガラス基板について、化学強化層の厚さを測定する。測定には、折原製作所社製の表面応力計（ＦＳＭ−６０００）を使用する。測定の結果、ガラス基板の両表面に形成された化学強化層の厚さは、いずれも約１０μｍである。【０１１０】
また、得られたガラス基板の表面圧縮応力を測定する。測定には、折原製作所社製の表面応力計（ＦＳＭ−６０００）を使用する。【０１１１】
測定の結果、両表面における表面圧縮応力は、いずれも約６６０ＭＰａである。【０１１２】
表２の「例１」の欄には、例１に係るガラス基板の化学強化層の厚さと、表面圧縮応力とを合わせて示す。【０１１３】
【表２】
2011132600.tif 000004
このように、例１のガラス基板では、厚さが約１０μｍの化学強化層が形成され、これにより、５００ＭＰａ以上の表面圧縮応力を有するガラス基板が得られる。このような大きな表面圧縮応力を有するガラス基板では、半導体デバイス貫通電極用の基板材料として使用した場合であっても、ワレやクラックの発生を有意に抑制することができると考えられる。【０１１４】
（例２）
例１と同様の方法で、多数の貫通孔を有するガラス基板を製作し、さらにこのガラス基板に化学強化処理を実施する。【０１１５】
ただし、例２では、板状のガラスの組成は、ＳｉＯ２６０．９ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３９．６ｗｔ％、ＭｇＯ７．０ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ１１．７ｗｔ％、Ｋ２Ｏ５．９ｗｔ％、およびＺｒＯ２４．８ｗｔ％とした。ＣａＯは、添加していない。板状のガラスのその他の製造条件は、例１の場合と同様である。【０１１６】
前述の表１の「例２」の欄には、ガラス基板の組成および各種特性をまとめて示す。得られたガラス基板の密度は、２．５２ｇ／ｃｍ３であり、ヤング率は、約７８ＧＰａである。また、ガラス基板の５０℃〜３５０℃における平均熱膨張係数は、９１×１０−７／Ｋである。また、ガラス転移温度は、６２０℃であり、歪点は、５７８℃である。【０１１７】
また、ガラス基板に対するレーザ加工条件、および化学強化条件は、例１の場合と同様である。ただし、この例２では、化学強化処理の時間（ガラス基板を溶融ＫＮＯ３中に浸漬させる時間）は、９０分とする。【０１１８】
例２に係るガラス基板を用いて、化学強化層の厚さおよび表面圧縮応力を測定する。結果を、前述の表２の「例２」の欄に示す。【０１１９】
化学強化層の厚さは、両表面とも、１５μｍである。また、得られたガラス基板の表面圧縮応力は、いずれの表面においても、約８５０ＭＰａである。【０１２０】
このような大きな表面圧縮応力を有するガラス基板では、半導体デバイス貫通電極用の基板材料として使用した場合であっても、ワレやクラックの発生を有意に抑制することができると考えられる。【０１２１】
（例３）
例１と同様の方法で、多数の貫通孔を有するガラス基板を製作し、さらにこのガラス基板に化学強化処理を実施する。【０１２２】
ただし、例３では、板状のガラスの組成は、ＳｉＯ２６２．２ｗｔ％、Ａｌ２Ｏ３１７．２ｗｔ％、ＭｇＯ３．９ｗｔ％、ＣａＯ０．６ｗｔ％、Ｎａ２Ｏ１２．８ｗｔ％、およびＫ２Ｏ３．５ｗｔ％とした。ＺｒＯ２は、添加していない。板状のガラスのその他の製造条件は、例１の場合と同様である。【０１２３】
前述の表１の「例３」の欄には、ガラス基板の組成および各種特性をまとめて示す。得られたガラス基板の密度は、２．４６ｇ／ｃｍ３であり、ヤング率は、約７３ＧＰａである。また、ガラス基板の５０℃〜３５０℃における平均熱膨張係数は、９３×１０−７／Ｋである。また、ガラス転移温度は、５９５℃であり、歪点は、５５３℃である。【０１２４】
また、ガラス基板に対するレーザ加工条件、および化学強化条件は、例１の場合と同様である。ただし、この例３では、化学強化処理の時間（ガラス基板を溶融ＫＮＯ３中に浸漬させる時間）は、１２０分とする。【０１２５】
例３に係るガラス基板を用いて、化学強化層の厚さおよび表面圧縮応力を測定した。結果を、前述の表２の「例３」の欄に示す。【０１２６】
化学強化層の厚さは、両表面とも、２０μｍである。また、得られたガラス基板の表面圧縮応力は、いずれの表面においても、約７５０ＭＰａである。【０１２７】
このような大きな表面圧縮応力を有するガラス基板では、半導体デバイス貫通電極用の基板材料として使用した場合であっても、ワレやクラックの発生を有意に抑制することができると考えられる。【０１２８】
本発明を詳細にまた特定の実施態様を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは、当業者にとって明らかである。
本出願は、２０１０年４月２０日出願の日本特許出願２０１０−０９７２２５に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
本発明は、半導体用デバイス部材用、より詳しくは、多層回路基板の絶縁層、ウェハレベルパッケージ、電極取り出し用の貫通穴、インターポーザなどの用途に好適に用いられるガラス基板に利用することができる。
【符号の説明】
【０１３０】
１    従来のガラス基板
１ａ  第１の表面
１ｂ  第２の表面
５    貫通孔
１００    本発明のガラス基板
１１０ａ  第１の表面
１１０ｂ  第２の表面
１１５ａ、１１５ｂ  化学強化層
１５０    貫通孔
１８０ａ  第１の開口
１８０ｂ  第２の開口
２００    別のガラス基板
２１０ａ  第１の表面
２１０ｂ  第２の表面
２５０    貫通孔
２７０    貫通孔の壁面
２８０ａ  第１の開口
２８０ｂ  第２の開口
α      テーパ角
Ｌ１    貫通孔の第１の開口の直径
Ｌ２    貫通孔の第２の開口の直径
４００  製造装置
４１０  エキシマレーザ光の発生装置
４２０  ガラス基板
４３０  マスク
４３２  ステンレス鋼基板
４３４  第１の表面
４３５  貫通開口の配列部
４３７  貫通開口
４４０  ステージ
４５０〜４５２  ミラー
４６０  ホモジナイザー
４７０  投影レンズ
４９０  エキシマレーザ光
【図１】
2011132600.tif 000005
【図２】
2011132600.tif 000006
【図３】
2011132600.tif 000007
【図４】
2011132600.tif 000008
【図５】
2011132600.tif 000009
【図６】
2011132600.tif 000010
【国際調査報告】
2011132600.tif 000011
2011132600.tif 000012
2011132600.tif 000013
2011132600.tif 000014